CN208465101U - 一种腕关节训练系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种腕关节训练系统，所述系统包括：健侧检测装置、患侧训练装置和信号处理器；健侧检测装置中设置有第一信号检测器，患侧训练装置中设置有第二信号检测器和功能性电刺激器；第一信号检测器、第二信号检测器及功能性电刺激器均与信号处理器相连接；信号处理器用于接收第一信号检测器检测的健侧运动信号及第二信号检测器检测的患侧运动信号，并依据健侧运动信号和患侧运动信号的差异向功能性电刺激器发送控制信号，控制信号用于控制功能性电刺激器输出电刺激信号刺激患侧腕关节肌肉。本实用新型实施例所提供的腕关节训练系统实现了健侧带动患侧运动的训练，提高了患者的主动性及训练的有效性。

Description

一种腕关节训练系统

技术领域

本实用新型实施例涉及康复医疗技术领域，尤其涉及一种腕关节训练系统。

背景技术

随着社会的发展，交通、工伤事故的增加，以及社会的老龄化，脑卒中偏瘫患者已逐步成为现在社会的常见群体。偏瘫患者上肢患侧呈屈曲姿势且手指保持握拳状态，严重影响了患者日常的生活，因此手指、手腕关节的康复对偏瘫患者的整体性康复有着极其重要的意义。这类患者除了药物治疗或手术治疗外，科学的康复训练对于患者运动功能改善非常重要。

目前常用的康复训练方法有功能性电刺激。功能性电刺激属于神经肌肉电刺激的范畴，是利用一定强度的低频脉冲电流，通过预先设定的程序来刺激一组或多组肌肉，诱发肌肉运动或模拟正常的自主运动，以达到改善或恢复被刺激肌肉或肌群功能的目的。功能性电刺激功能训练在临床上是一种比较理想的康复方法。但目前大多的功能性电刺激都只是单一的电刺激，所以在康复过程中这种训练的有效性大大降低，未能达到预期的康复目标。并且现有的手指、手腕部康复器械大多以患者被动训练为主，训练模式单一，不能为患者提供主动训练平台，且无法检测患者的训练过程中的状态变化，无法监测患者的康复训练程度。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型实施例提供了一种腕关节训练系统，以实现提高患者的主动性及腕关节训练的有效性，监测患者的康复训练程度。

本实用新型实施例提供了一种腕关节训练系统，包括：健侧检测装置、患侧训练装置和信号处理器；所述健侧检测装置中设置有第一信号检测器，所述患侧训练装置中设置有第二信号检测器和功能性电刺激器，所述第一信号检测器、所述第二信号检测器及所述功能性电刺激器均与所述信号处理器相连接；所述信号处理器用于接收所述第一信号检测器检测的健侧运动信号及所述第二信号检测器检测的患侧运动信号，并依据所述健侧运动信号和所述患侧运动信号的差异向所述功能性电刺激器发送控制信号，所述控制信号用于控制所述功能性电刺激器输出电刺激信号刺激患侧腕关节肌肉。

进一步的，所述健侧检测装置和所述患侧训练装置均包括训练主体结构和位置恢复结构；

所述健侧检测装置中的训练主体结构上设置有所述第一信号检测器，所述患侧训练装置的训练主体结构上设置有所述第二信号检测器；

所述位置恢复结构用于对患侧腕关节运动引起的训练主体结构变形进行复位。

进一步的，所述训练主体结构包括手臂固定架以及与所述手臂固定架可扭转连接的手指抓握结构；

所述位置恢复结构设置在所述手臂固定架与所述手指抓握结构的衔接处。

进一步的，所述手臂固定架包括至少两个固定架及位于固定架两侧且与固定架相连接的两个连杆；

所述手指抓握结构包括握杆及至少两个摇杆，所述摇杆一端与所述连杆的一端活动连接，所述握杆两端分别固定连接至各摇杆的另一端。

进一步的，所述位置恢复结构包括弹性元件和连接板，所述弹性元件一端固定于所述手臂固定架上，另一端固定在所述连接板上，所述连接板通过螺钉与所述手指抓握结构固定连接。

进一步的，所述第一信号检测器和/或所述第二信号检测器包括：位置检测单元，用于检测所述训练主体结构的位置变化状态，并输出与所述位置变化状态对应的运动信号。

进一步的，所述位置检测单元为电位器。

进一步的，所述信号处理器包括：

信号计算单元，分别与所述第一信号检测器及所述第二信号检测器相连接，用于接收所述健侧运动信号及所述患侧运动信号，并根据预设的计算规则对所述健侧运动信号及所述患侧运动信号进行计算，将所述计算结果确定为控制信号；

信号输出单元，与所述信号计算单元及所述功能性电刺激器相连接，用于接收所述信号计算单元确定的控制信号，并将所述控制信号输出至所述功能性电刺激器。

进一步的，所述信号比较单元包括比较器；

进一步的，所述系统还包括：信号调节器，与所述信号处理器相连接，用于获取调节参数，以使所述信号处理器根据所述调节参数调节控制信号。

本实用新型实施例通过健侧检测装置中设置的第一信号检测器检测健侧运动信号，通过患侧训练装置中设置的第二信号检测器检测患侧运动信号，通过信号处理装置根据健侧运动信号及患侧运动信号的差异产生控制信号并输出至功能性电刺激器，控制功能性电刺激器电刺激患侧腕关节肌肉收缩产生相应的运动，实现了健侧带动患侧运动的训练，提高了患者的主动性及训练的有效性，完成了对患者的康复训练程度的监测。

附图说明

图1a是本实用新型实施例一提供的腕关节训练系统的结构示意图；

图1b是本实用新型实施例一提供的腕关节训练系统的原理图；

图1c是本实用新型实施例一提供的腕关节训练系统的应用场景俯视图；

图1d是本实用新型实施例一提供的腕关节训练系统的应用场景主视图；

图1e是本实用新型实施例一提供的腕关节训练系统的应用场景侧视图；

图2a是本实用新型实施例二提供的腕关节训练系统中训练主体结构的结构示意图；

图2b是本实用新型实施例二提供的腕关节训练系统中训练主体结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1a是本实用新型实施例一提供的腕关节训练系统的结构示意图，本实施例可用于对偏瘫患者患侧进行康复训练的情形。如图1a所示，该腕关节训练系统包括：健侧检测装置10、患侧训练装置20和信号处理器30。其中：

健侧检测装置10中设置有第一信号检测器，患侧训练装置20中设置有第二信号检测器和功能性电刺激器，所述第一信号检测器、所述第二信号检测器和所述功能性电刺激器均与信号处理器30相连接；所述信号处理器30用于接收所述第一信号检测器检测的健侧运动信号及所述第二信号检测器检测的患侧运动信号，并根据所述健侧运动信号及所述患侧运动信号的差异向功能性电刺激器发送控制信号，所述控制信号用于控制所述功能性电刺激器输出电刺激信号刺激患侧腕关节肌肉。

图1b是本实用新型实施例一提供的腕关节训练系统的原理图。图1b中示意性的示出了该腕关节训练系统的工作原理。由图1b中可以看出，该腕关节训练系统通过采集患者健侧位置信号及患侧位置信号，即采集患者健侧运动信号及患侧运动信号，通过信号处理器对采集的信号进行处理后，输出控制信号至功能性电刺激器，控制功能性电刺激器输出与控制信号对应的电信号刺激患者患侧腕关节肌肉收缩，产生相应的运动。

在本实施例中，健侧检测装置10与患侧训练装置20可固定于桌面上，信号处理器30可固定放置于桌面上，且信号处理器30的两个信号输入端分别连接至健侧检测装置10及患侧训练装置20，信号处理器30的输出端连接至功能性电刺激器。当需要对患者进行康复训练时，可将患者的健康侧手臂及手部放置在健侧检测装置10内，将患者的患侧手臂及手部放置在患侧训练装置20内，将功能性电刺激器贴于患者患侧肌肉处。

图1c是本实用新型实施例一提供的腕关节训练系统的应用场景俯视图。图1d是本实用新型实施例一提供的腕关节训练系统的应用场景主视图。图1e是本实用新型实施例一提供的腕关节训练系统的应用场景侧视图。图1c、图1d、图1e从各个角度示意性的示出了该腕关节训练系统的应用场景及使用方式。从图1c、图1d、图1e中可以看出，患者健侧与患侧分别位于健侧检测装置10及患侧训练装置20内，功能性电刺激器40贴于患侧的肌肉位置。当患者健侧腕关节和/或患侧腕关节运动，如做掌屈或背屈运动时，健侧检测装置10通过第一信号传感器输出健侧运动信号并将其输出至信号处理器30，患侧测量装置20通过第二信号传感器输出患侧运动信号并将其输出至信号处理器30，信号处理器30根据健侧运动信号与患侧运动信号的差异产生控制信号，并将该控制信号输出至功能性电刺激器40，使功能性电刺激器40输出与该控制信号对应的刺激电信号，使患侧肌肉得到功能性电刺激，实现由健侧带动患侧的关节康复训练。

本实用新型实施例结合人体左右对称的生理特征，通过健侧检测装置中设置的第一信号检测器检测健侧运动信号，通过患侧训练装置中设置的第二信号检测器检测患侧运动信号，通过信号处理装置根据健侧运动信号及患侧运动信号产生控制信号并输出至功能性电刺激器，控制功能性电刺激器电刺激患侧腕关节，根据患者腕关节健侧和患侧的运动位置不同，实现了健侧带动患侧运动的无动力训练，提高了患者的主动性及训练的有效性，完成了对患者的康复训练程度的监测，并且该腕关节训练系统结构简单，便于携带，方便患者使用。

在上述方案的基础上，所述信号处理器30包括：信号计算单元和信号输出单元。

所述信号计算单元分别与所述第一信号检测器及所述第二信号检测器相连接，用于接收所述健侧运动信号及所述患侧运动信号，并根据预设的计算规则对所述健侧运动信号及所述患侧运动信号进行计算，将所述计算结果确定为控制信号；

所述信号输出单元与所述信号计算单元及所述功能性电刺激器相连接，用于接收所述信号计算单元确定的控制信号，并将所述控制信号输出至所述功能性电刺激器。

在本实施例中，信号处理器接收健侧运动信号及患侧运动信号后，通过信号计算单元对健侧运动信号和患侧运动信号进行处理。可选的，可以对健侧运动信号及患侧运动信号进行数模转换后，计算健侧运动信号和患侧运动信号的信号差值，再根据预设的强度调整系数对该信号差值进行调整，将调整后的信号值作为控制信号通过信号输出单元输出至功能性电刺激器。可选的，若健侧运动信号为D_θ1，患侧运动信号为D_θ2，预设的强度调整系数为k，控制信号为P，则预设的计算规则可以为：P＝(D_θ1-D_θ2)*k。根据预设的计算规则确定控制信号能够根据健侧运动信号及患侧运动信号的改变即时调整控制信号，即能够根据患者在训练过程中的状态变化调整控制信号，进而使得功能性电刺激器输出的电刺激信号符合当前患者的状态，提高了训练的有效性，并完成了对患者的康复训练程度的监测。

根据健侧运动信号及患侧运动信号的差值确定控制信号，还可以实现在患者进行康复训练时，根据患者健侧和患侧的运动一致程度判定是否需要继续对患者患侧实施功能性电刺激治疗。当患者健侧与患侧运动程度差在允许误差范围内时，可确定患者可以控制患侧进行正常的运动，信号处理器输出的控制信号便不满足功能性电刺激器的启动条件，进而不输出电刺激信号对患者患侧进行电刺激，实现了对患者康复程度的监测。可选的，当患者健侧与患侧运动程度差在允许误差范围内时，信号处理器也可以不输出控制信号，使得功能性电刺激器不能接收到控制信号。

在上述方案的基础上，所述系统还包括：信号调节器，与所述信号处理器相连接，用于获取调节参数，并指示所述信号处理器根据所述调节参数调节控制信号。可选的，医护人员可以根据患者的患病情况调整信号调节器的调节参数。例如，当患者患病程度较轻时，可以将调节参数调至较低的数值，当患者患病程度较严重时，可以将调节参数调至较高的数值。

可选的，可以将该调节参数与信号处理器计算的控制信号的积作为调整后的控制信号，输出至功能性电刺激器。还可以在信号处理器中直接计算出调整后的控制信号。例如，将调整参数添加至用于计算控制信号的计算规则中，根据计算规则直接计算出最终的控制信号，输出至功能性电刺激器。可选的，若健侧运动信号为D_θ1，患侧运动信号为D_θ2，预设的强度调整系数为k，调整参数为D_θ3，控制信号为P，则预设的计算规则可以为：P＝(D_θ1-D_θ2)*k*D_θ3。使用信号调节器调节控制信号使得该系统能够适用于不同患病程度的患者，提高了该系统的适用性。

在上述方案的基础上，所述系统还包括：肌电采集装置，用于采集健侧肌电信号。可选的，可以在进行康复训练时，在患者健侧设置肌电采集信号，采集患者健侧运动时的肌电信号，使得患者的运动信息更加完善。

实施例二

图2a是本实用新型实施例二提供的腕关节训练系统中训练主体结构的结构示意图。本实施例以上述实施例为基础，具体化了腕关节训练系统中健侧检测装置和患侧训练装置的结构连接方式。

可选的，健侧检测装置和患侧训练装置均包括训练主体结构和位置恢复结构，所述健侧检测装置中的训练主体结构上设置有第一信号检测器，所述患侧训练装置的训练主体结构上设置有第二信号检测器；所述位置恢复结构用于对腕关节运动引起的训练主体结构变形进行复位。

如图2a所示，健侧检测装置及患侧训练装置均包括训练主体结构110和位置恢复结构120，训练主体结构110上设置有信号传感器111。其中，健侧训练主体结构上设置的为第一信号传感器，患侧训练主体结构上设置的为第二信号传感器。需要说明的是，患侧训练主体结构上的位置恢复结构主要用于对患侧腕关节运动引起的训练主体结构的结构变形进行复位。为了保证患者在进行康复训练时，健侧与患侧运动过程中受到的阻力相同，在健侧训练主体结构上也设置有与患侧同样的位置恢复结构。

进一步的，所述位置恢复结构包括弹性元件，所述弹性元件一端固定于所述手臂固定架上，另一端固定在连接板上，所述连接板通过螺钉与所述手指抓握结构固定连接。

示例性的，如图2a所示，位置恢复结构120包括弹性元件121和连接板122。其中弹性元件121一端固定连接至手臂固定架上的连杆113上，另一端固定在连接板122上，且连接板122通过螺钉123固定在手指抓握结构的摇杆115上。当患侧肌肉接收到功能性电刺激器输出的电刺激信号时，患侧肌肉运动，使患侧腕关节产生背屈或掌屈的运动，进而带动患侧训练主体结构发生形变，即带动患侧的手指抓握结构旋转，进而带动弹性元件121产生形变，产生弹性势能。当运动达到极限时，弹性元件121释放弹性势能，迫使手掌运动恢复至初始状态，使患侧训练主体结构的变形复位。

需要说明的是，可以根据不同患者和康复阶段的力矩需求更换不同规格的弹性元件。另外，位置恢复结构与手臂固定架及手指抓握结构的连接方式可不限于上述连接方式，只要能够实现在训练主体结构变形到一定程度时对其复位即可。可以想到的是，还可以将位置恢复结构中的弹性元件一端固定至手指抓握结构上，另一端连接板固定至手臂固定架上。

进一步的，所述训练主体结构包括手臂固定架以及与所述手臂固定架扭转连接的手指抓握结构；

所述患侧训练装置的位置恢复结构设置在所述手臂固定架与所述手指抓握结构的衔接处。

在本实施例中，健侧训练主体结构的结构组成与患侧训练主体结构的结构组成基本相同。具体的，训练主体结构110包括手臂固定架及手指抓握结构，其中手指抓握结构与手臂固定架扭转连接。如图2a所示，手臂固定架包括至少两个固定架112及位于固定架112两侧且与固定架112相连接的两个连杆113，用于固定患者手臂；手指抓握结构包括握杆114及至少两个摇杆115，所述摇杆115一端与所述连杆113的一端活动连接，所述握杆114两端分别固定连接至各摇杆115的另一端。图2b是本实用新型实施例二中训练主体结构的结构示意图。图2b中示意性的示出了训练主体结构的结构及连接方式。

可选的，健侧训练主体结构及患侧训练主体结构分别用于放置患者健侧手臂及患侧手臂。患者将手臂固定放置于训练主体结构的手臂固定架上时，手部会自然位于手指抓握结构上。当患者需要进行康复训练时，使用手部抓握握杆，旋转腕关节带动手指抓握结构沿运动轴线做往复运动。可选的，当患者需要进行腕关节背屈(手背向小臂方向弯屈)及腕关节掌屈(手掌向小臂方向弯曲)的训练时，可将训练主体结构通过手臂固定装置固定在具有一定高度的平台上，使训练主体结构中的手指抓握结构悬空，如图1e所示。这种固定方式可使患者以相同的姿势放置手臂时同时进行腕关节掌屈及腕关节背屈的康复训练。

本实用新型实施例的技术方案，在上述实施例的基础上具体化了腕关节训练系统中健侧检测装置和患侧训练装置的结构连接方式，通过手臂固定架固定患者手臂，通过手指抓握结构供患者手部进行抓握，且手臂固定架与手指抓握结构可扭转连接，使得患者可通过健侧检测装置及患侧训练装置进行腕关节背屈或掌屈的训练。并且在训练装置的手臂固定架与手指抓握结构的衔接处设置位置恢复结构，使得患者患侧受电刺激产生运动后，可以通过位置恢复结构的辅助恢复到初始状态。

实施例三

本实施例以上述实施例为基础，具体化了腕关节训练系统中第一信号检测器和第二信号检测器的结构。

可选的，所述第一信号检测器和/或所述第二信号检测器包括：位置检测单元，用于检测所述训练主体结构的位置变化状态，并输出与所述位置变化状态对应的运动信号。

可选的，当患者使用该腕关节训练系统时，运动腕关节进行掌屈或背屈的训练，会带动训练主体结构产生位置变化。可以通过检测训练主体结构的位置变化状态输出对应的运动信号。其中，第一信号检测器与第二信号检测器根据位置检测单元输出与位置变化状态对应的运动信号的原理相同。例如，可以在训练主体结构上设置位置检测单元，并将位置检测单元连接至检测电路中。位置检测单元根据训练主体结构的位置变化状态改变自身参数值，信号检测器根据位置检测单元的参数值输出与该参数值对应的运动信号。

在本实施例中，第一信号检测器中的位置检测单元检测健侧训练主体结构由于健侧运动产生的位置变化，并输出与检测到的结构变形状态对应的健侧运动信号；第二信号检测器中的位置检测单元检测患侧训练主体结构由于患侧运动产生的位置变化，并输出与检测到的结构变形状态对应的患侧运动信号。

在上述方案的基础上，所述位置检测单元为电位器。可选的，电位器的阻值调节端分别与训练主体结构的位置变化端固定连接，当训练主体结构产生位置变化时，带动电位器的阻值调整端滑动，进而改变电位器的阻值。可选的，电位器的阻值调节端一端可与训练主体结构中的手臂固定架固定连接，另一端可与训练主体结构中的手指抓握结构固定连接，当患者腕关节运动带动手指抓握结构旋转时，手臂固定架与手指抓握结构的角度发生改变，带动电位器阻值调节端滑动，进而改变电位器的阻值。可选的，电位器阻值调节端可分别连接至位于同侧的手臂固定架的摇杆及手指抓握结构的连杆上。

可选的，第一信号检测器根据健侧电位器的阻值输出与该阻值对应的健侧运动信号，第二信号检测器根据患侧电位器的阻值输出与该阻值对应的患侧运动信号。可选的，健侧运动信号可以为健侧电位器两端的电压信号，相应的，患侧运动信号为患侧电位器两端的电压信号；检测训练信号还可以为流经健侧电位器的电流信号，相应的，患侧运动信号为流行患侧电位器的电流信号。

需要说明的是，除电位器阻值外，第一信号检测器的检测电路中的其他参数应与第二信号检测器的检测电路中的其他参数相同，以便第一信号检测器输出的健侧运动信号和第二信号检测其输出的患侧运动信号的检测环境相同，使得根据健侧运动信号及患侧运动信号产生的控制信号更加精确。

本实用新型实施例的技术方案，在上述实施例的基础上具体化了第一信号检测器和第二信号检测器的结构，通过位于健侧和患侧的位置检测单元分别检测健侧和患侧的训练主体结构的位置变化状态，并输出与位置变化状态对应的健侧运动信号及患侧运动信号，使得信号处理器接收的运动信号更加精确，进而使控制信号的信号幅度更加精确，提高了患者康复训练的有效性。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种腕关节训练系统，其特征在于，包括健侧检测装置、患侧训练装置、和信号处理器；

所述健侧检测装置中设置有第一信号检测器，所述患侧训练装置中设置有第二信号检测器和功能性电刺激器，所述第一信号检测器、所述第二信号检测器及所述功能性电刺激器均与所述信号处理器相连接；

所述信号处理器用于接收所述第一信号检测器检测的健侧运动信号及所述第二信号检测器检测的患侧运动信号，并依据所述健侧运动信号和所述患侧运动信号的差异向功能性电刺激器发送控制信号，所述控制信号用于控制所述功能性电刺激器输出电刺激信号刺激患侧腕关节肌肉。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述健侧检测装置和所述患侧训练装置均包括训练主体结构和位置恢复结构；

所述健侧检测装置中的训练主体结构上设置有所述第一信号检测器，所述患侧训练装置的训练主体结构上设置有所述第二信号检测器；

所述位置恢复结构用于对腕关节运动引起的训练主体结构变形进行复位。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述训练主体结构包括手臂固定架以及与所述手臂固定架可扭转连接的手指抓握结构；

所述位置恢复结构设置在所述手臂固定架与所述手指抓握结构的衔接处。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述手臂固定架包括至少两个固定架及位于固定架两侧且与固定架相连接的两个连杆；

所述手指抓握结构包括握杆及至少两个摇杆，所述摇杆一端与所述连杆的一端活动连接，所述握杆两端分别固定连接至各摇杆的另一端。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述位置恢复结构包括弹性元件和连接板，所述弹性元件一端固定于所述手臂固定架上，另一端固定在所述连接板上，所述连接板通过螺钉与所述手指抓握结构固定连接。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一信号检测器和/或所述第二信号检测器包括：位置检测单元，用于检测所述训练主体结构的位置变化状态，并输出与所述位置变化状态对应的运动信号。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述位置检测单元为电位器。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号处理器包括：

信号计算单元，分别与所述第一信号检测器及所述第二信号检测器相连接，用于接收所述健侧运动信号及所述患侧运动信号，并根据预设的计算规则对所述健侧运动信号及所述患侧运动信号进行计算，将所述计算结果确定为控制信号；

信号输出单元，与所述信号计算单元及所述功能性电刺激器相连接，用于接收所述信号计算单元确定的控制信号，并将所述控制信号输出至所述功能性电刺激器。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述信号计算单元包括比较器。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：信号调节器，与所述信号处理器相连接，用于获取调节参数，以使所述信号处理器根据所述调节参数调节控制信号。